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INTRODUCCIÓN

 

 

En cualquier ciencia que estudiemos siempre encontraremos clasificaciones y datos sistemáticos que nos ayudaran a hacer más comprensibles cada uno de los conceptos que estudiemos. Así en química conviene clasificar las sustancias de la siguiente manera: sólidos covalentes, sólidos iónicos, sustancias metálicas y sustancias moleculares. Cada una de estas clasificaciones facilitan al químico su trabajo en el laboratorio por medio de las características de  algunas sustancias puede identificarlas y trabajar con ellas. 

En este laboratorio estudiaremos algunas sustancias de acuerdo a su estado físico, características, conductibilidad eléctrica, solubilidad entre otras.

 

 

 

 

 

 

 

1. OBJETIVOS

 

 

 

1.1 OBJETIVO GENERAL

 

El objetivo general de este trabajo es identificar  y clasificar algunas sustancias según la clase de sustancias a la cual pertenezcan, su enlace (iónico o covalente) teniendo en cuenta la conductividad eléctrica  y otras características

 

 

 

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 

 

v    Reconocer que sustancias conducen bien la corriente eléctrica  y cuales no.

 

v    Diferenciar los compuestos iónicos de los covalentes por su conductibilidad eléctrica en solución acuosa.

 

v    Clasificar cada una de las sustancias.

 

v    Realizar la liberación de moléculas de agua de una estructura cristalina.

 

 

 

 

 

MARCO TEÓRICO

 

 

COMPUESTOS IÓNICOS: Los compuestos iónicos son siempre sólidos a temperatura y presión ordinarias. Tienen puntos de fusión y de ebullición altos debido a las fuertes interacciones entre los iones de carga distinta. Son también frágiles, pues un golpe fuerte desplaza a los iones de sus posiciones estables astillando el cristal. Al disolver los compuestos iónicos en agua, los iones se separan proporcionando una disolución electrolítica que conduce la electricidad. Estos compuestos también conducen la electricidad cuando se funden, porque entonces los iones están libres y pueden desplazarse. Los compuestos iónicos suelen tener densidades bastante bajas, ya que es difícil que los iones estén unidos estrechamente debido a las fuertes repulsiones entre iones de la misma carga.

 

COMPUESTOS MOLECULARES: Los compuestos moleculares consisten en moléculas individuales en las que un número definido de átomos se unen formando una distribución espacial determinada. El número de átomos de una molécula puede variar entre dos (como en el hidrógeno molecular, H2, en el que están unidos dos átomos de hidrógeno), hasta varios miles, como en las moléculas proteínicas (proteínas) que controlan los procesos biológicos, y en los polímeros naturales y sintéticos que se utilizan en los materiales estructurales. Las sustancias con moléculas compuestas por un número pequeño de átomos tienen generalmente puntos de fusión y ebullición bajos ya que las moléculas se pueden separar entre sí muy fácilmente. Las sustancias que son líquidas o gaseosas a temperatura ambiente son compuestos moleculares, como también lo son muchas de las que se funden al calentarlas. Los compuestos moleculares suelen ser blandos y muchos son tan frágiles como los compuestos iónicos porque las moléculas están unidas entre sí en una forma especial y altamente direccional (enlace de hidrógeno). Algunas moléculas se descomponen al calentarlas, y en lugar del líquido o el gas, sólo se obtienen productos de descomposición. Esto ocurre con muchas de las moléculas orgánicas de mayor tamaño.

 

Cada molécula individual de un compuesto consiste en un número específico de átomos distribuidos de una forma característica en el espacio, es decir, cada molécula tiene una forma y una composición atómica definida. La forma se indica normalmente proporcionando las longitudes de los enlaces entre los átomos (la distancia entre los núcleos de los átomos unidos) y los ángulos entre los enlaces del mismo átomo. Tanto las longitudes como los ángulos se determinan por espectroscopia o difracción de rayos X. Una molécula no es una entidad completamente rígida, sino que las longitudes y ángulos de los enlaces varían ligeramente conforme los átomos oscilan alrededor de sus posiciones medias; este movimiento se llama vibración molecular. Las moléculas de los gases giran también. En los líquidos, el movimiento de la molécula es semejante a un movimiento de acrobacia caótico, en lugar de la rotación libre y suave característica de los gases.

 

Forma de una molécula En las moléculas con un átomo central se puede predecir la disposición en el espacio de sus átomos (la forma de la molécula), según el número de pares de electrones que rodeen a dicho átomo. La fuerza de repulsión que se produce entre los pares de electrones los lleva a situarse lo más lejos posible unos de otros. La posición de los pares de electrones determina entonces el ángulo con el que el átomo central se une a los átomos que lo rodean en la molécula.

 

Las propiedades de las moléculas dependen de los detalles de su distribución electrónica y de su forma. Aunque un par de electrones se comparta para formar un enlace covalente, ese reparto no es exactamente igual a menos que los átomos unidos por el enlace sean idénticos. Por ejemplo, en la molécula de agua (H2O), cada átomo de hidrógeno posee una carga parcial positiva y el átomo de oxígeno posee una carga parcial negativa que compensa a la positiva, porque un átomo de oxígeno ejerce un poder de atracción más fuerte sobre los electrones que un átomo de hidrógeno. Se dice que el oxígeno tiene una electronegatividad mayor que la del hidrógeno y, como resultado de este reparto desigual de los electrones, cada enlace OH es polar en el sentido de que tiene cargas parciales de los dos átomos. En cambio, el carbono y el hidrógeno tienen electronegatividades similares; el par electrónico que comparten está repartido casi por igual y ningún átomo tiene una carga parcial, con lo que los enlaces CH son prácticamente no polares.

 

La presencia de enlaces polares en una molécula tiene implicaciones importantes en las propiedades del compuesto. En particular, el agua actúa como un buen disolvente de muchos compuestos iónicos, lo que no es el caso de los hidrocarburos líquidos. La capacidad para actuar como disolvente procede de la habilidad de las cargas parciales para imitar a las cargas que rodean a un ion en un compuesto iónico: como resultado, apenas si hay diferencia de energía entre un ion de un sólido iónico y un ion rodeado por las cargas parciales de los disolventes polares. Sin embargo, un hidrocarburo (compuesto de carbono e hidrógeno, como el benceno), al ser no polar, no puede imitar a las cargas iónicas, y por tanto se necesita tanta energía para romper el sólido iónico que el hidrocarburo no actúa como disolvente de los compuestos iónicos.

 

SÓLIDOS COVALENTES RETICULARES: Otros compuestos covalentes importantes son los sólidos covalentes reticulares. Estos materiales contienen cantidades indefinidamente grandes de átomos unidos entre ellos por enlaces covalentes, formando una red que se extiende por todo el cristal. El diamante es un ejemplo famoso, donde cada átomo de carbono se une a otros cuatro formando una red casi infinita de átomos. Como en el caso del diamante, estos sólidos reticulares son rígidos y duros, y pueden tener puntos de fusión y de ebullición muy altos. Otro ejemplo de sólido covalente reticular es un compuesto de boro y nitrógeno, en el que los átomos de ambos elementos están unidos en forma semejante a la de los átomos de carbono en el diamante; este compuesto también es muy duro.

 

 

 

 

 

MATERIALES Y REACTIVOS

 

 

v   10 Tubos de ensayo

 

v   1 gradilla para tubos de ensayo

 

v   1 pipeta de 10 mL

 

v   1 agitador de vidrio

 

v   1 espátula metálica

 

v   1 vidrio de reloj

 

v   3 vasos de precipitados de 250 mL

 

v   1 cápsula de porcelana

 

v   1 mechero Bunsen

 

v   1 aro metálico con nuez

 

v   1 malla metálica con asbesto

 

v   Sustancias a estudiar

 

 

 

 

 

PROCEDIMIENTO

 

 

En esta práctica se estudiaran varias sustancias para clasificarlas de acuerdo con los tipos discutidos anteriormente. Para organizar el trabajo, se debe preparar una tabla donde se registren los resultados de solubilidad, conductividad eléctrica y se anotaran los valores consultados de punto de fusión y ebullición así como también algunas otras propiedades físicas.

 

Con ayuda de la espátula sacar de cada recipiente una pequeña muestra de cada sustancia y registrar en la tabla: color, estado físico y apariencia. De la etiqueta o manuales obtener datos referentes al punto de ebullición, punto de fusión, densidad, nombre y formula.

 

Las pruebas de solubilidad se pueden realizar con ácido clorhídrico, etanol, tetracloruro de carbono y agua.

Para esto, se tomara 1 mL del disolvente en un tubo de ensayo y se le agregara unos pocos cristales o fragmentos del sólido en cuestión.

 

La conductividad eléctrica se determinara mediante un dispositivo que consta de una bombilla eléctrica montada sobre una plataforma, con dos alambres conductores prolongándose por debajo; los alambres y las bombillas están conectados en serie, por lo que cuando se sumergen sus extremos en la solución conductora, la corriente eléctrica fluirá y la bombilla se encenderá.

 

Nota: asegúrese de desconectar el sistema y limpiarlo bien después de cada determinación, para que los iones de una sustancia no contaminen la otra.

Para realizar esta prueba se deben preparar soluciones de las sustancias a estudiar en vasos de precipitados.

 

Pesar con la mayor exactitud posible una cápsula de evaporación y agregar 3g de sal de cobre hidratada, pulverizada previamente en un mortero. Después de pesar la cápsula con la sal, calentar moderadamente durante 30 minutos. Al haberse liberado toda el agua de cristalización, se obtendrá la sal anhidra, que es de color blanco. Deje enfriar la cápsula y vuelva a pesar.

 

 

 

 

 

RESULTADOS

 

 

Las sustancias para analizar son:

 

 

·        HIDRÓXIDO DE SODIO      (NaOH)

 

·        YODURO DE POTASIO      (KI)

 

·        CLORURO DE POTASIO      (KCl)

 

·        SACAROSA     (C12H22O11)

                                          

·        SULFATO DE MAGNESIO   (MgSO4)

 

·        CLORURO DE SODIO    (NaCl)

 

·        NITRATO DE COBRE      (CuNO3)

 

 

CARACTERÍSTICAS OBSERVADAS

 

SUSTANCIA

COLOR

OLOR

ESTADO FÍSICO

NaOH

BLANCO

AGRADABLE

SÓLIDO

KI

BLANCO

AGRADABLE

SÓLIDO

KCl

BLANCO

AGRADABLE

SÓLIDO

  C12H22O11

BLANCO

AGRADABLE

SÓLIDO

   MgSO4

BLANCO

AGRADABLE

SÓLIDO

NaCl

BLANCO

AGRADABLE

SÓLIDO

        CuNO3

AZUL

DESAGRADABLE

SÓLIDO

 

 

Al realizar la prueba de solubilidad en algunos solventes obtuvimos los siguientes resultados:

 

 

SUSTANCIA

HCl

CCl4

CH3OH

H2O

NaOH

SOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

KI

SOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

SOLUBLE

KCl

SOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

SOLUBLE

   C12H22O11

SOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

SOLUBLE

MgSO4

SOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

SOLUBLE

NaCl

SOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

SOLUBLE

CuNO3

SOLUBLE

INSOLUBLE

INSOLUBLE

SOLUBLE

 

 

 

 

 

En cuanto a la conductividad eléctrica de estos y algunos otros compuestos obtuvimos los siguientes resultados:

 

 

Sustancia

Conduce la corriente

 

SI            NO

KI

                                   X

C12H22O11

                                                    X

KCl

                                   X

CCl4

                                   X

Cu (NO3)2

                                   X

NaOH

                                   X

MgSO4

                                   X

HCl

                                   X

H2O

                                                     X

 

 

Luego de estas pruebas cualitativas procedimos a realizar el siguiente procedimiento.

 

Pesamos una cápsula de evaporación y obtuvimos el siguiente dato:

 

PESO DE LA CÁPSULA =  172,3 g

 

PESO DE LA SAL DE COBRE HIDRATADA = 3 g

 

PESO DEL SISTEMA = 175,3 g  

 

 

Sometimos todo el sistema a calentamiento durante 30 minutos y realizamos nuevamente el pesaje:

 

PESO DEL SISTEMA FINAL =  174,2 g

 

 

Con estos datos podemos hallar el porcentaje de H2O presentes en la sal de cobre.

 

                           

CuSO4 5H2O (sal de cobre pentahidratada)         

 

Como podemos ver posee 5 moléculas de agua. Así podemos decir que:

 

 

Por diferencia de pesos:

 

    Wg de la sal de cobre  = 175,3 g – 174,2 =  1,1 g de sal de cobre

 

 

                    100 %  ........................ 3 g de sal de cobre (H2O)

                       X      ......................... 1,1 g de sal de cobre (sin H2O)

 

 

X =  36,666 % de H2O liberado

 

 

 

 

6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

 

 

Los compuestos KI, KCl, Cu(NO3)2, NaOH, MgSO4 poseen enlaces iónicos por lo tanto conducen la corriente. Recordemos que cuando una molécula de una sustancia contiene átomos de metales y no metales, los electrones son atraídos con más fuerza por los no metales, que se transforman en iones con carga negativa; los metales, a su vez, se convierten en iones con carga positiva. Entonces, los iones de diferente signo se atraen electrostáticamente, formando enlaces iónicos. Las sustancias iónicas conducen la electricidad cuando están en estado líquido o en disolución acuosa, pero no en estado cristalino porque los iones individuales son demasiado grandes para moverse libremente a través del cristal.

 

Los compuestos como el C12H22O11, CCl4, poseen enlaces covalentes por lo que no conducen la corriente. Recordemos que si  los átomos enlazados son no metales e idénticos (como en N2 o en O2), los electrones son compartidos por igual por los dos átomos, y el enlace se llama covalente apolar. Si los átomos son no metales pero distintos (como en el óxido nítrico, NO), los electrones son compartidos en forma desigual y el enlace se llama covalente polar —polar porque la molécula tiene un polo eléctrico positivo y otro negativo, y covalente porque los átomos comparten los electrones, aunque sea en forma desigual. Estas sustancias no conducen la electricidad, ni tienen brillo, ductilidad o maleabilidad.

 

En disolución acuosa, las moléculas de ácido clorhídrico (HCl) se disocian en iones hidrógeno cargados positivamente y en iones cloruros cargados negativamente. Al ionizarse fácilmente, el ácido clorhídrico es un buen conductor de la electricidad

El HCl anhidro líquido no conduce la corriente.

 

La molécula de H2O es polar dada la diferencia de electronegatividades entre el oxígeno e Hidrógeno. Esa polaridad de las moléculas de agua hace que se establezcan atracciones fuertes entre ellas específicamente entre el átomo de O de una molécula y uno de loa átomos de H de la otra formándose verdaderas redes. Los enlaces que se establecen entre las diversas moléculas son puentes de Hidrógeno el cual es mucho mas débil que el enlace covalente O-H de la molécula de agua.

El agua pura es mala conductora de la corriente eléctrica, ya que no produce suficiente cantidad de iones pues el agua es un compuesto covalente.

 

 

En la experiencia con la sal de cobre, lo que se hizo fue eliminar las moléculas de agua que habían cristalizado con la sal, haciendo un calentamiento moderado. Luego de un tiempo de calentamiento el sólido se descompuso y tomo una apariencia sólida seca de color blanco.

 

 CuSO4 5H2O                        CuSO4

 

 

 

 

PREGUNTAS

 

 

1. De acuerdo con los resultados obtenidos en las pruebas de solubilidad y de conductividad eléctrica y con lo demás datos registrados, clasificar cada una de las sustancias estudiada, teniendo en cuenta los tipos de sustancias estudiadas anteriormente.

R/

 

NaOH ............................... sólido iónico

KI       ............................... sólido iónico

KCl     ............................... sólido iónico

C12H22O11....................... sustancia molecular

NaCl    ............................... sólido iónico

CuNO3 ...............................sólido iónico

MgSO4................................sólido iónico

 

 

2. ¿Qué es un electrolito? Cite 5 ejemplos de sustancias que sean electrolitos.

Consultar algunas funciones de los electrolitos en los organismos vivos como el ser humano.

R/

Reciben el nombre de electrólitos todas aquellas disoluciones de la mayoría de los ácidos inorgánicos, bases y sales que son conductoras de la electricidad.

 

Son ejemplos de electrolitos:

 

Ácido nítrico

Cloruro de sodio

Cloruro de mercurio (II)

Ácido etanoico

 

En el cuerpo humano los electrolitos cumplen una gran labor en la osmorregulación. Además los científicos consideran que entre los nutrientes esenciales, además del agua y del oxigeno necesitamos por lo menos 3 electrolitos.

 

3. Calcular el peso molecular de la sal anhidra. Utilizando este valor y el peso después de calentar, determinar cuantas moles de sal anhidra tenia la muestra.

Calcular el número de moles de agua eliminadas durante el calentamiento.

Determinar la formula molecular de la sal hidratada.

 

 

Peso de la sal anhidra: CuSO4             P.M = 63,542g + 32,066g+16gx4

                                     P.M = 159,608g

 

*El peso molecular de la sal anhidra es de 159,698g.

 

 

Peso inicial de la sal = 3g

 

Peso final de la sal = Wg del sistema inicial – Wg del sistema final

                               = 175,3 g -  174,2 g

                               = 1,1 g

 

Wg de sal anhidra = 1,1 g

n = Wg de la sal anhidra/Wg total = 1,1 g / 3g

n = 0,36 moles de sal anhidra.

 

* El número de moles de sal anhidra es 0,36 moles

Wg de agua = Wg total – Wg de la sal anhidra.

Wg de agua = 3g – 1,1g

Wg de agua = 1,9 g de H2O

n = Wg del agua/Wg total = 1,9 g / 3g

n = 0,63 moles de H2O

LA FORMULA DE LA SAL HIDRATADA ES:   CuSO4 5H2O

 

 

 

 

Conclusiones

 

 

Los iones son los responsables de la conducción de la corriente eléctrica, por lo tanto las sustancias que al disolverse en agua se disocian formando iones son conductoras de la corriente.

Las sustancias que no forman iones son no conductoras.

El carácter iónico de un enlace viene dado por la diferencia entre las electronegatividades de los átomos que lo forman.

El agua pura es muy mala conductora de la corriente eléctrica

Si la sustancia es soluble puede ser conductora o no conductora. Si es conductora se ioniza.

Los compuestos covalentes en estado sólido, líquido o gaseoso no conducen la corriente eléctrica (no son electrolitos) aun cuando estén  disueltos.

 

 

Luis Alfonso Chica Llanes

Estudiante de Química Pura

Universidad de Córdoba

Montería-Colombia

 

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